纯电动汽车的驱动电机系统详解

1、纯电动汽车的驱动电机系统详解驱动电机系统是电动汽车三大核心系统之一， 是车辆行 驶的主要驱动系统，其特性决定了车辆的主要性能指标，直 接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。一、驱动电机 系统介绍驱动电机系统由驱动电机、驱动电机控制器 (MCU) 构成，通过高低压线束、冷却管路与整车其他系统连接，如 图 1 所示。整车控制器 (VCU)根据加速踏板、 制动踏板、 挡位 等信号通过 CAN网络向电机控制器 MCU 发送指令，实时调 节驱动电机的扭矩输出，以实现整车的怠速、加速、能量回 收等功能。电机控制器能对自身温度、电机的运行温度、转 子位置进行实时监测， 并把相关信息传递给整车控制器 VCU

2、， 进而调节水泵和冷却风扇工作，使电机保持在理想温度下工 作。驱动电机技术指标参数，如表 1 所示，驱动电机控制器 技术参数如表 2 所示。 1、驱动电机永磁同步电机是一种典 型的驱动电机 (图 2)，具有效率高、 体积小、 可靠性高等优点， 是动力系统的执行机构，是电能转化为机械能载体。它依靠 内置旋转变压器、 温度传感器 (图 3)来提供电机的工作状态信 息，并将电机运行状态信息实时发送给 MCU。旋转变压器检 测电机转子位置，经过电机控制器内旋变解码器解码后，电 机控制器可获知电机当前转子位置，从而控制相应的 IGBT 功率管导通，按顺序给定子三个线圈通电，驱动电机旋转。温度传感器的作用

3、是检测电机绕组温度，并提信息供给 MCU，再由 MCU 通过 CAN 线传给 VCU，进而控制水泵工作、 水路循环、冷却电子扇工作，调节电机工作温度。驱动电机 上有一个低压接口和三根高压线 （V、 U、 W）接口，如图 4 所 示。其中低压接口各端子定义如表 3 所示，电机控制器也正 是通过低压端口获取的电机温度信息和电机转子当前位置 信息。 2、驱动电机控制器驱动电机控制器MCU 结构如图 5所示，它内部采用三相两电平电压源型逆变器，是驱动电机 系统的控制核心， 称为智能功率模块， 它以 IGBT（绝缘栅双极 型晶体管 ）为核心， 辅以驱动集成电路、 主控集成电路。 MCU 对所有的输入信号

4、进行处理，并将驱动电机控制系统运行状 态信息通过网络发送给整车控制器VCU。驱动电机控制器内含故障诊断电路，当电机出现异常时，达到一定条件后，它 将会激活一个错误代码并发送给 VCU 整车控制器， 同时也会 储存该故障码和相关数据。驱动电机控制器主要依靠电流传 感器 （图 6）、电压传感器、 温度传感器来进行电机运行状态的 监测，根据相应参数进行电压、电流的调整控制以及其它控 制功能的完成。电流传感器用于检测电机工作实际电流，包 括母线电流、三相交流电流。电压传感器用于检测供给电机 控制器工作的实际电压，包括动力电池电压、 12V 蓄电池电 压。温度传感器用于检测电机控制系统的工作温度，包括

5、IGBT模块的温度。 驱动电机控制器上分为低压接口和高压接 口（图 7），低压接口端子定义如表 4 所示。二、驱动电机系统 功能通过驱动电机工作状态可以了解新能源汽车驱动系统 的基本功能，根据驾驶员意愿驱动电机的工作状态：挂 D 挡 加速行驶时、减速制动时、挂 R 挡倒车时以及 E 挡行驶时来 了解它的工作过程。 1、 D挡加速行驶驾驶员挂 D 挡并踩加 速踏板，此时挡位信息和加速信息通过信号线传递给整车控 制器 VCU，VCU 把驾驶员的操作意图通过 CAN线传递给驱动 电机控制器 MCU，再由驱动电机控制器 MCU 结合旋变传感 器信息 （转子位置 ），进而向永磁同步电动机的定子通入三相

6、交流电，三相电流在定子绕组的电阻上产生电压降。由三相 交流电产生的旋转电枢磁动势及建立的电枢磁场，一方面切 割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势；另一方面以 电磁力拖动转子以同步转速正向旋转。随着加速踏板行程不 断加大，电机控制器控制的 6个 IGBT导通频率上升， 电动机 的转矩随着电流的增加而增加，因此，起步时基本上拥有最 大的转矩。随着电动机转速的增加，电动机的功率也增加， 同时电压也随之增加。在电动汽车上，一般要求电动机的输 出功率保持恒定，即电动机的输出功率不随转速增加而变 化，这要求在电动机转速增加时，电压保持恒定，其中永磁 同步电机输出特性曲线如图 8 所示。与此同时，电机控

7、制器 也会通过电流传感器和电压传感器，感知电机当前功率、消 耗电流大小、 电压大小， 并把这些信息数据通过 CAN 网络传送给仪表、整车控制器，其具体工作原理如图9 所示。、R 挡倒车时当驾驶员挂 R 挡时，驾驶员请求信号发给 VCU，再通 过 CAN 线发送给 MCU ，此时 MCU 结合当前转子位置 （旋变传 感器 ）信息，通过改变 IGBT模块改变 WVU 通电顺序，进而 控制电机反转。 3、制动时能量回收驾驶员松开加速踏板时， 电机由于惯性仍在旋转，设车轮转速为 V 轮、电机转速为 V 电机， 设车轮与电机之间固定传动比为 K，当车辆减速时， V 轮 K< V 电机时， 电机仍是动力源， 随着电机转速下降， 当 V 轮 K>V 电机时，此时电机由于被车辆拖动而旋转，此时驱 动电动机变为发电机 （图 10）。BMS 可以根据电池充电特性曲 线 （充电电流、电压变化曲线与电池容量的关系）和采集电池温度等参数计算出相应的允许最大充电电流。 MCU 根据